双曲扭壳力学性能分析

本文从扁壳的挠度和内力函数混合方程出发,得到了双曲扭壳的重三角级数表示的解析结果.分析了扭率对该扭壳的刚性影响,提出关于扭率判别条件上界和下界的概念:当扭壳扭率小于判别值的下界时,扭壳可视为矩形平板;当扭率大于判别值的上界时,则可忽略扭壳的平板效应,视其为无矩状态.对于这两种情况计算误差控制在百分之一以内.     

撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究

通过单层KIEWITT8型网壳模型在落锤撞击作用下的实验,研究单层网壳在撞击作用下的动力稳定性。利用动态应变仪和力传感器,获取了落锤撞击网壳时撞击力时程曲线、杆件轴力时程曲线和稳定临界力。利用高速摄影机拍摄了撞击历程、撞击失稳模态及破坏形态。结果表明：撞击作用为三角脉冲荷载形式,其最大幅值和脉宽与撞击冲量和网壳所处变形阶段的刚度性能相关;撞击荷载持续作用的时间为3.00~22.36 ms;撞击接触时间的突然增大对应着网壳的失稳;杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻滞后0.2~0.4 ms;对失稳前的撞击,落锤回弹速度较大;对失稳时的撞击,落锤回弹速度很小;模型具有较大的后屈曲抗撞击能力,在顶点垂直撞击下没有发生连续断裂。     

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA 有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究.分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定.结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变.     

基于应变响应敏感性的单层球面网壳冗余度分析

冗余特性是结构鲁棒性的重要组成部分,也是复杂系统的安全性和传力路径可靠性的体现。如何对结构构件冗余度进行定量评价是目前结构工程界尚未定论的问题之一。本文借鉴P.C.Pandey方法,并将其推广应用到大跨空间网格结构,基于结构应变响应对构件单元截面面积的敏感性提出静力作用下的结构构件冗余度评价方法,从理论上以数值方式量化结构构件冗余度,并通过对三个球壳结构算例的冗余度分析说明该方法在空间结构体系中的有效应用。算例结果表明,结构构件冗余度能够反映构件在结构中的重要性,低冗余度构件是结构的关键构件。采取措施加固低冗余度构件可以有效提高结构整体刚度、结构稳定极限承载力,但在改善结构缺陷敏感性方面则视具体情况而定。     

考虑材料损伤累积单层柱面网壳在强震下的失效研究

采用考虑钢材损伤累积的本构模型,对跨度15米单层柱面网壳在强震下的失效进行了系统的研究。在大量算例的基础上,考察了屋面质量、矢跨比、初始几何缺陷和长宽比等结构几何参数的变化对柱面网壳失效特征和失效极限荷载的影响,探讨了结构的强震失效模式及失效机理。对大量强度破坏算例在失效时刻的特征响应进行统计分析,建立了考虑材料损伤累积的单层柱面网壳动力损伤模型,可对结构在不同荷载强度下的损伤程度进行评估;提出了单层柱面网壳强震失效判别准则,用于判别单层柱面网壳在强震下的失效极限荷载。     

地震作用下基于响应敏感性的单层球面网壳冗余度分析方法研究

冗余特性是结构鲁棒性的重要组成部分,也是损伤情况下结构安全性的体现。在地震等动力荷载作用下单层球面网壳结构的倒塌模式由诸多因素决定,其中结构的冗余度是重要的影响因素。为合理评估地震作用下的结构冗余度,本文基于结构响应对单元材料弹性模量的敏感性提出地震作用下的结构构件冗余度评价方法,并对一星型网壳在地震作用下的弹性、弹塑性冗余度进行分析,以验证方法的有效性。结果表明,结构冗余度能够反映构件在结构中的重要性,冗余度值的大小是构件重要性的衡量指标,低冗余度构件是结构的关键构件。利用结构的冗余度分布,可以采取加强低冗余构件的措施,从而实现网壳结构倒塌模式的优化控制。     

矩形底面球形网格扁壳的动力分析

本文利用连续化方法对矩形底面球形网格扁壳的动力进行了研究，推出了一般的动力控制方程。在四边简支的边界条件下，振动方程的解可由两个双重级数的试函数求得。对竖向地震作用下的解也可用类似的方法得到，其计算公式中的相应系数与《建筑抗震设计规范（ＧＢＪ１１－８９）》中的系数相似，并可利用竖向地震反应谱求得。     

单层短程线网壳结构模型试验研究

模型试验是全面掌握工程结构基本特性的有效手段之一。根据模型相似理论设计并制作了单层短程线网壳结构模型,同时设计了可动砝码加载方案,加工制作了砝码及支托。对结构杆件进行了材料拉伸试验,对结构模型进行了静载试验和模态试验研究,成功获得了结构模型的静内力分布规律及模态参数。试验结果与有限元计算结果对比分析表明,静载试验结果与有限元计算结果吻合较好,模态试验结果与有限元计算结果吻合稍差。所采用的加载方案、试验手段及分析方法对类似的模型试验研究都具有一定的参考价值,所得到的试验数据为大型空间网格结构实际工程的在线损伤识别及健康监测研究提供了第一手资料。     

集中荷载下单层网壳屈曲的局部分析解法

集中荷载下单层网壳屈曲的局部分析解法黄为民,赵惠麟（南京市栖霞开发集团,南京２１００００）（东南大学,南京２１００１８）１．引言目前求解单层网壳临界荷载的方法主要有拟壳法和非线性有限元法两类。拟壳法应用中有很多的局限性,而有限无法解结点较多的网壳工作...     

网壳结构健康监测中的传感器优化布置

针对网壳结构健康监测提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置的方法.由于模态数目的选取对基于损伤灵敏度分析的传感器优化布置有很大的影响,因此本文建立了一种同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,并选取合适的模态数目,然后发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为准则的多目标优化算法.空间网壳数值算例表明,本文提出的传感器优化方法能简单、有效地为空间结构传感器优化布置提供可行方案.     

Static and free vibration analysis of graphene platelets reinforced composite truncated conical shell,cylindrical shell,and annular plate using theory of elasticity and DQM

Abstract

In this paper, three-dimensional static and free vibration analysis of functionally graded graphene platelets-reinforced composite (FG-GPLRC) truncated conical shells, cylindrical shells and annular plates with various boundary conditions is carried out within the framework of elasticity theory. The main contribution of the present work is that formulation for free vibration and bending behavior of the FG-GPLRC truncated conical shell based on theory of elasticity has not yet been reported. Additionally, formulation and solution for cylindrical shell and annular plate are derived by changing the semi vertex angle in formulation and solution of FG-GPLRC truncated conical shell. A semi-analytical solution is proposed base on employing differential quadrature method (DQM) together with state-space technique. Validity of current approach is assessed by comparing its numerical results with those available in the literature. An especial attention is drawn to the role of GPLs weight fraction, patterns of GPLs distribution through the thickness direction, geometrical parameters such as semi-vertex angle, length to mid-radius ratio on natural frequencies and bending characteristics. Numerical results reveal that desirable static and free vibration response (such as lower radial deflection and higher natural frequencies) can be achieved by locating more square shaped GPLs near inner and outer surfaces.     

Stress-strain analysis of a composite truncated conical shell

The stress-strain state of a nonshallow truncated conical shell made of a composite material and subjected to axial forces at the ends is studied. A variational difference method is used. Calculations are carried out for an orthotropic shell with low shear stiffness __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 7, pp. 66–72, July 2007.     

Analysis and calculation of the nonlinear stability of the rotational composite shell

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＢｙａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄ,ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｌｌｏｆｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｔａｋｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｅｂｕｃｋｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｅｓｏｎｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ.Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｅｂ…     

复合圆柱壳冲击压缩数值模拟及稳定性研究

针对复合圆柱壳在炸药爆轰作用下的动力学响应及在此过程中伴随的失稳问题,研究了其制造工艺中可能出现的缺陷以及圆柱壳中铜线螺旋角和直径对复合圆柱壳稳定性产生的影响。采用SPH-FEM耦合算法,建立了复合圆柱壳二维细节模型,并提出了一种基于圆柱壳内壁粒子速度历史的失稳判据,计算了在不同参数条件下复合圆柱壳的失稳时间及对应的压缩率,对影响复合圆柱壳稳定性的因素进行了评估。分析结果表明,在复合圆柱壳制备过程中存在的折返层缺陷和铜线直径对复合圆柱壳的稳定性有较大影响,而螺旋角度对其稳定性影响不大。

     

Nonlinear analysis on dynamic buckling of eccentrically stiffened functionally graded material toroidal shell segment surrounded by elastic foundations in thermal environment and under time-dependent torsional loads

The nonlinear analysis with an analytical approach on dynamic torsional buckling of stiffened functionally graded thin toroidal shell segments is investigated. The shell is reinforced by inside stiffeners and surrounded by elastic foundations in a thermal environment and under a time-dependent torsional load. The governing equations are derived based on the Donnell shell theory with the von K′arm′an geometrical nonlinearity,the Stein and McE lman assumption, the smeared stiffeners technique, and the Galerkin method. A deflection function with three terms is chosen. The thermal parameters of the uniform temperature rise and nonlinear temperature conduction law are found in an explicit form. A closed-form expression for determining the static critical torsional load is obtained. A critical dynamic torsional load is found by the fourth-order Runge-Kutta method and the Budiansky-Roth criterion. The effects of stiffeners, foundations, material,and dimensional parameters on dynamic responses of shells are considered.     

圆柱壳自由振动特性分析方法研究

对传统解析法进行了改进,直接将复特征根代入边界条件构造了特征方阵;并基于圆柱壳Flügge 模型推导了位移形式的传递函数矩阵.在此基础上对比了改进的解析法、传递函数法、有限元法和实验方法获得的两端自由边界条件下圆柱壳的固有频率和模态.研究结果表明:改进的解析方法其特征方阵表达式简单且易于实现;同时通过与有限元和实验方法的对比,验证了改进解析法和位移形式传递函数矩阵的正确性;传递函数法相对于传统解析法对舍入误差敏感,可以通过增加字长的方式进行改善.     

单层偏心圆柱薄壳的自由振动特性分析研究

论文从偏心圆柱壳截面的几何特性出发,将偏心圆柱壳问题转化为一个周向变厚度圆柱壳问题,随后利用其状态向量之间的传递矩阵将壳体的振动控制方程转化为矩阵微分方程形式,通过Magnus级数法求解传递矩阵得到频率方程.采用Lagrange插值法得到偏心圆柱壳体自由振动状态下的固有频率,并且与圆柱壳的固有频率进行了比较.对影响结构固有频率的主要参数进行了分析,得到了这些参数和固有频率之间的关系.论文不仅提出了一种有效求解偏心圆柱壳固有频率的新方法,同时亦可为检测偏心圆柱壳的偏心距提供一种新的思路和方法.     

复合材料加筋板壳结构的后屈曲强度及破坏分析程序系统

本文介绍适用于复合材料（含各向同性材料）层合加筋板壳结构的后屈曲强度及破坏分析的程序系统（ＣＯＭＰＯＳＳ程序系统）的功能特点、原理和结构，通过一个受压剪载荷作用的加筋层合矩形板的破坏分析，并与试验结果作了比较，说明该程序系统的正确、可靠性     

开口复合材料柱壳屈曲与补救有限元分析

用有限元法对含有轴向裂纹的开口加强复合材料柱壳结构进行了补救研究;分析其压缩屈曲强度与模态情况,得到了裂纹长度与屈曲强度的关系,并与无裂纹的结构进行了对比.结果表明:裂纹长度在200mm以下时,对整个结构承载能力影响很小;当裂纹长度继续增大时,屈曲区域从开口上方转移到裂纹附近,屈曲强度开始急剧下降.为了加强裂纹所在区域结构的承剪能力,进行适当的修补后,可使屈曲模态与无裂纹柱壳相同,且屈曲强度稍有增加,从而证明了所提出补救方法的有效性.